Ti-Ni-Cu记忆合金薄膜的制备与性能研究

发布时间：2017-10-27 06:15

  本文关键词：Ti-Ni-Cu记忆合金薄膜的制备与性能研究

  更多相关文章： TiNiCu记忆合金薄膜 相变行为 力学性能 超弹性

【摘要】：本论文系统的研究了直流磁控溅射工艺参数对Ti-Ni-Cu薄膜性能和成分的影响,确定了最佳制备工艺。通过XRD、TEM、DSC分析和不同温度下拉伸试验研究了退火工艺对Ti49.83Ni40.37Cu9.8薄膜的相变行为、力学性能和超弹性的影响。首先研究薄膜的制备工艺对薄膜成分及性能的影响。发现,使用单靶直流磁控溅射的方式可成功得到成分偏差小,重复性好、Cu含量相对较低的Ti Ni Cu形状记忆合金薄膜。与Si片、Si O2和石英相比,使用玻璃片作为衬底时,薄膜能够无变形、无粘连自由揭下;薄膜力学性能受Ar气压影响较大,相同溅射功率下,Ar气压越低(0.12Pa),薄膜力学拉伸断裂性能越好,当Ar气压达到0.36Pa时沉积在玻璃片上的薄膜脆性极大不能被完整剥离;溅射功率不同所得薄膜的成分存在一定的差异,其中,Ti含量随着溅射功率的增大先增多后减少,Ni和Cu的含量是略有减少的趋势。但与靶材成分相比,溅射所得薄膜的成分中Ti、Cu的含量减少,Ni的含量增多。确定最佳制备工艺为:玻璃片作为衬底,Ar气压0.12Pa,溅射功率220W。通过对Ti49.83Ni40.37Cu9.8薄膜相组成的研究,发现经500℃、600℃、700℃退火后的试样在室温下主要含有B19’马氏体相。退火处理在薄膜中引入Ti(Ni,Cu)2析出相,其含量随着退火时间的延长和退火温度升高而增加。不同退火处理后的Ti49.83Ni40.37Cu9.8薄膜的DSC曲线表明,薄膜试样经快速退火炉退火1min后具有相对较高的相变温度。使用马弗炉退火的试样相变温度随退火时间延长先升高,达到2h时相变温度反而下降。500℃,1h退火试样热循环15次后相变温度基本不变,具有良好的相变稳定性。最后,通过对薄膜力学拉伸试验发现,退火工艺对Ti49.8Ni40.3Cu9.9薄膜的力学性能有显著的影响。同一退火时间随退火温度的升高,试样的断裂应力σf大致上呈下降趋势。而同一退火温度,随着退火时间的延长,薄膜试样的断裂应变εf先呈上升趋势,当退火时间达2h后,断裂应变εf下降。500℃,1h退火后的样品断裂应变高达32%。在不同温度下获得的一系列应力-应变循环曲线表明退火处理后Ti49.8Ni40.3Cu9.9记忆合金薄膜具有良好超弹性。试验温度在60℃~85℃之间时,拉伸卸载后几乎完全恢复。在70℃、75℃和80℃变形8%的试样出现了明显的两个屈服平台。试样的超弹性应变高达12%,且具有良好稳定性。
【关键词】：TiNiCu记忆合金薄膜 相变行为 力学性能 超弹性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 形状记忆合金的相关性能11-14
• 1.2.1 形状记忆效应11-12
• 1.2.2 超弹性12-14
• 1.3 形状记忆合金的滞后现象14-16
• 1.4 Ti-Ni基形状记忆合金薄膜的制备方法16-18
• 1.4.1 真空蒸发镀膜法16-17
• 1.4.2 磁控溅射法17-18
• 1.5 影响Ti-Ni合金薄膜性能的因素18-20
• 1.5.1 成分对薄膜结构和性能的影响18
• 1.5.2 基底对薄膜结构和性能的影响18-19
• 1.5.3 热处理工艺对形状记忆效应的影响19-20
• 1.5.4 其他实验参数对薄膜结构性能的影响20
• 1.6 TiNi基形状记忆合金薄膜20-23
• 1.6.1 Ti-Ni记忆合金薄膜20
• 1.6.2 Ti-Ni-X（X= Zr , Hf, Pd, Pt）记忆合金薄膜20-21
• 1.6.3 Ti-Ni-Cu形状记忆合金薄膜21-23
• 1.7 研究的目的和意义23-24
• 1.7.1 研究的目的和意义应用23
• 1.7.2 研究的主要内容和方案23-24
• 第2章 实验内容及实验方法24-28
• 2.1 靶材制备24
• 2.2 薄膜的制备24-25
• 2.3 薄膜的热处理25
• 2.4 薄膜的成分及厚度分析25
• 2.5 薄膜的相变25-26
• 2.5.1 显微组织分析25
• 2.5.2 相变行为测试25-26
• 2.6 力学性能及形状记忆效应测量26-28
• 第3章Ti-Ni-Cu合金薄膜的制备与质量分析28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 Ti-Ni-Cu记忆合金薄膜的制备28-31
• 3.2.1 靶材的制备方法28-30
• 3.2.2 双靶共溅射制备Ti-Ni-Cu薄膜30-31
• 3.2.3 单靶制备Ti-Ni-Cu薄膜31
• 3.3 单靶直流磁控溅射工艺参数优化31-38
• 3.3.1 基片的选择与预处理32-33
• 3.3.2 Ar气压的选择33-36
• 3.3.3 溅射功率的选择36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 Ti-Ni-Cu合金薄膜的马氏体相变与显微组织39-53
• 4.1 引言39
• 4.2 Ti-Ni-Cu非晶薄膜的晶化39-42
• 4.3 近等原子比Ti-Ni-Cu薄膜马氏体相变和显微组织42-46
• 4.3.1 室温相组成43-45
• 4.3.2 显微组织结构45-46
• 4.4 Ti-Ni-Cu薄膜的相变46-52
• 4.4.1 相变温度46-51
• 4.4.2 热循环稳定性51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 Ti-Ni-Cu薄膜的拉伸力学性能和形状记忆效应53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 Ti_(49.83)Ni_(40.37)Cu_(9.8)薄膜的拉伸力学性能53-56
• 5.3 薄膜的形状记忆效应56-57
• 5.4 超弹性及其稳定性57-62
• 5.5 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;使用在线基本参数法对多层合金薄膜样品的成分和膜厚同时定量分析已成为现实[J];冶金标准化与质量;2005年02期

2 张克华;文东辉;陶黎;袁巨龙;;合金薄膜铜衬底抛光质量对薄膜表面结构的影响[J];金刚石与磨料磨具工程;2007年05期

3 ;日开发调光镜玻璃用镁镍系合金薄膜[J];真空电子技术;2009年03期

4 初真林,郭永廉;用高频火花和运动电极法光谱测定铝合金薄膜中镁[J];光谱学与光谱分析;1986年06期

5 程建邦,李传芳,谢荣厚;用能量色散X射线荧光光谱法非破坏测定合金薄膜的组份[J];光谱学与光谱分析;1987年02期

6 程建邦,李传芳,谢荣厚;用能量色散X射线荧光光谱仪非破坏测定钐钴合金薄膜的组份[J];光谱学与光谱分析;1985年06期

7 ;透氢合金膜的开发[J];金属功能材料;2006年01期

8 方方;张晶;朱健;郑时有;陈国荣;孙大林;;氢致过渡族金属及合金薄膜的光电性能变化[J];真空科学与技术学报;2007年06期

9 戴国才;宋学文;陈友鹏;马洪磊;余亦顺;郭清长;;氟系非晶态硅材料的研究[J];贵金属;1981年04期

10 沈中良;张曙东;杨辉;吴刚;姚费杰;杨立功;;真空电镀制备非连续合金薄膜及其在电磁屏蔽中的应用[J];材料科学与工程学报;2011年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 张轩雄;陈W，

本文编号：1102263